一、研制开发背景

新型小型化地铁直流电动隔离开关，在地铁牵引供电系统中承担着地铁车辆运行中正常配合直流快速断路器供电、设备检修时提供电气隔离以及在出现故障时改变接线方式来实现大双边供电的任务，是保证地铁正常安全运营的重要设备。

自2006年初，地铁直流隔离开关项目招标文件中开始应用“直流隔离开关柜”取代过去的“裸装”，“直流隔离开关柜”具有安装维护方便、防护等级高、便于管理和提高安装工作效率等优点，被用户所采纳应用，从此形成了市场化的发展。而直流隔离开关柜要求体积小、重量轻。这样直流隔离开关柜内安装的直流隔离开关，首要的就在于隔离开关必须在结构上实现小型化，这样才能满足在有限的柜内空间进行安装的技术要求。因此引出新型小型化直流隔离开关的研发设计。

二、既有产品的分析

2.1既有直流隔离开关的结构分析

直流隔离开关的动、静触头分别固定在两个绝缘子支柱上，动触头的一端与绝缘拉杆相连，绝缘拉杆另一端与传动组件相连。传动组件的传动轴与动机构或手动机构输出组件相连接后方可实现隔离开关的分合闸动作（如图一所示）。这种直流隔离开关体积大，不适于直流隔离开关柜使用。

                                              图一 既有直流隔离开

2.2既有直流隔离开关体积大的原因分析

既有的直流隔离开关的结构，由隔离开关本体、电动操作机构和直流隔离开关及电动操作机构中间传动部分组成。

在隔离开关本体，动、静触头为单组直刀，造成隔离刀刀体过长，且其无法直接与主轴相连，需要增加一套带绝缘性能的传动装置，才能使其旋转进行分合闸动作。为了安装过长的动、静触头和绝缘传动装置，安装底座也不可避免地加大尺寸，造成隔离开关本体的尺寸达到850mm（长）×510mm（宽）×590mm （高）。

                                  图二 隔离开关电动操作机构箱

电动操作机构箱的体积大（如图二所示）。电动操作机构箱中包括两大部分，一是电动减速机及其限位装置，二是控制电路部分。造成机构箱箱体较大的原因在于：电机尺寸过大；减速机构体积较大；控制电路过于繁琐，元器件数量过多；而箱式的结构使得占用空间更大，外形尺寸达到420mm（长）×450mm（宽）×700mm （高）。

隔离开关的本体和操作机构是分体的，中间还需要传动杆连接，方能将动力传送到绝缘拉杆。这种传动结构方式，使得它的整体体积非常大，必须改变这种结构传动方式，保证缩小整体结构体积。

三、新的技术设计

针对上述分析出的三个主要问题，进行小型化技术研究和开发设计：1）重新研发设计直流隔离开关的动静触头的结构，其核心是缩小动静触头间距，使纵向尺寸减小；2）采用取消绝缘拉杆，改进主轴结构及材料，使其直接带动动触头旋转；3）改进底座结构，缩小其总体体积；4）改进隔离开关本体和机构箱之间的传动装置，并简化机构箱中元器件。

                       图三 新型小型化直流电动隔离开关

新型小型化隔离开关（如图三所示）的结构设计，经过多方论证采用如下方案：

静触头采用T型的结构，固定在绝缘支柱上。动触头结构设计的重点在于：单组直刀到改为双组直刀；刀体与主轴支架相连，主轴直接带动动触头旋转；刀体通过软连接与接线板连接。设计中采用两片式触头结构，利用弹簧的压力使触头部位产生微小形变，从而在合闸时能与静触头之间保持足够的接触力，以保证动静触头的充分接触。

动触头固定在一根环氧玻璃材质的绝缘轴上，绝缘轴的两端由框架支撑，动触头与开关框架之间保持充分的绝缘间隙，保证了动触头与框架的绝缘性能。这样既解决了绝缘拉杆产生的体积大的问题，同时缩小了动静触头之间的间距，在纵向尺寸上减小了隔离开关的体积。

静触头上方预留有接线端子板，但是动触头因为结构特殊无法预留出接线板。此处我们采用了软连接的方式，软连接的一端固定在动触头上，另外一端固定在绝缘支柱上，同时将静触头的接线端子板搭接在绝缘支柱上，这样就解决了接线端子的问题的。

隔离开关底座在保证开关分合闸功能的前提下采用紧凑设计， 并使用板材冲压代替型材焊接的结构，并增加了电动操作机构的安装功能，不仅开关外形更加美观，并且总体结构也相更加紧凑。

电动减速机和限位装置安装在框架的右边，利用支架与框架拴接。电动减速机的左侧输出轴和绝缘轴连接，取消了电动机构与隔离开关本体之间的传动连接组件。电动减速机右侧输出轴安装限位块，利用行程开关对分合闸位置进行准确限位。采用特制的小功率电动减速机，减速机底座和电动机的尺寸均比既有电动操作机构箱中的元件尺寸小，从而减小了隔离开关的总体体积、实现了直流隔离开关小型化。

新型小型化直流隔离开关，经试制和苏州电器科学研究院，按照GB14048.3标准进行质量检测，各项技术指标和参数均达标准要求。

四、推广应用

应用新型小型化直流隔离开关，成功研制新型小型化地铁上网隔离开关柜。采用三台小型化隔离开关（两台上网电动隔离开关和一台纵向电动隔离开关），在三台隔离开关之间要实现特定的联锁要求。实现了“保证使用、方便维修、兼顾制造、低成本、体积小、重量轻”的小型化直流电动隔离开关柜（如图四所示），经在苏州电器科学研究院按照GB7251.1标准通过各项必要的型式试验项目，各项参数均达到预定设计目标。 

五、结语

通过开发新型小型化直流隔离开关从而成功研制新型小型化地铁直流隔离开关柜，经试验验证完全满足相关标准的技术要求，为市场和用户提供了一种防护等级高、维护方便，整体美观，简化安装调试的新型小型化直流隔离开关和新型小型化直流隔离开关柜产品。